□朱穎放 □楊長庚 □盧 瑕（河南省水利勘測設計研究有限公司）

1 渠系水閘下游消能情況

渠系水閘閘室與消力池連接處出現(xiàn)邊界突變的尖角點，由于水流質點具有維持原來運動方向前進趨勢的慣性作用，不能沿著突變的邊界作急劇的轉折運動，因而從閘室末端的邊界突變點開始，水流脫離邊界運動在梯形斷面消力池的邊坡上形成旋渦，從而壓縮主流，形成了類似收縮段的水流流態(tài)，使高速水流較難擴散、消能，將給下游渠道帶來較嚴重的沖刷。在普通消力池底板上修建一道W 型消力檻，是一種結構簡單、效果顯著的消能工，能夠較好的解決水流平面擴散問題。

2 W型消力檻

對于閘室出口為直角形翼墻與梯形斷面消力池相連接的布置型式，若仍采用修常規(guī)底流消力池的方式消能，雖然能夠在鉛直平面內強迫水流發(fā)生水躍，消除一定的過閘水流動能，但是并沒有解決水流的平面擴散問題，仍然在閘下出現(xiàn)折沖水流，使出消力池的水流仍然具有較大的余能，在下游相當長的渠段內底部流速仍大于渠道不沖流速，需要對下游渠道進行護砌。

旋渦的產(chǎn)生是水流邊界層脫離固體邊界所造成的。對于這種布置型式，若在閘室下游修建合適的消能工—W 型消力檻，使消力池兩側邊坡部位的旋渦減弱、減小，從而達到消除折沖水流、改善下游水流流態(tài)的目的。

2.1 W型消力檻消能原理

閘室出口的水流與明渠均勻流不同，其最大流速分布不是在上層，而是靠近底部。W型消力檻對閘下水流流態(tài)的改變可以從鉛直面和水平面上分別加以分析。

2.1.1 鉛直面

底部高速水流遇到W檻后，向上轉折，加速水流的紊亂，水流流速梯度變?。戳魉俜植稼呌诰鶆颍?，平均流速減小，消除了過閘水流的部分動能。

2.1.2 水平面

出閘室水流的主流在渠道中間，W 檻的中間檻起到分流墩的作用，使主流向兩側分離。W檻檻面與水流方向成450°角，當水流撞擊W 檻后將發(fā)生900°轉折，相互碰撞，由于中間流速高于兩側流速，主流在垂直水流方向上往兩側擴散，主流區(qū)變寬，流速迅速降低，邊界層厚度增加，使得邊界層外層（即旋渦區(qū)）范圍減?。ㄒ妶D1）。使閘下水流流速降低到允許流速以內，避免了渠道沖刷。

圖1

2.2 W型消力檻在工程中的應用

在工程建設中，對W 型消力檻的位置、高度和寬度做了一些實踐和研究。

W 檻的位置若太靠近閘室，達不到擴散水流的目的，仍將在下游出現(xiàn)折沖水流，若離閘室過遠，勢必增加工程數(shù)量，合適的W檻位置距閘室1～1.50倍的下游渠道水深；消力檻的高度以1/3的下游渠道水深為宜，檻過低不能折擋底部高速主流，檻過高則降低水閘的過流能力；消力檻的寬度與閘室同寬為宜。

以前曾在一些灌區(qū)工程中應用了這種消能型式，整個消能護砌段長度約為4～5倍的下游渠道水深，比一般消力池縮短了一半以上。從工程運行的情況來看，下游一般沒有發(fā)生沖刷，即使發(fā)生沖刷，沖刷坑也很淺，而且對稱。所以W型消力檻在解決渠系水閘的下游消能問題中是比較成功的。

3 結語

低水頭、小流量水閘與下游梯形斷面消力池采用直角形翼墻連接結合W 型消力檻消能，與常規(guī)底流消力池相比，不但施工簡便，可以大大節(jié)約工程量，而且消能效果顯著。因此這種消能布置型式在灌溉渠系上還是值得大力推廣的。